EKONOMICZNE I ENERGETYCZNE PORÓWNANIE RÓśNYCH TECHNOLOGII PRODUKCJI RZEPAKU
UPRAWIANEGO NA BIODIESEL
Tomasz Dobek
Zakład UŜytkowania Maszyn i Urządzeń Rolniczych, Akademia Rolnicza ul. PapieŜa Pawła VI/3, 71-459 Szczecin
e-mail:tdobek@agro.ar.szczecin.pl
S t r e s z c z e n i e . W artykule przedstawiono ocenę róŜnych technologii produkcji rzepaku ozimego pod kątem ekonomicznym i energetycznym oraz obliczenie efektywności energetycznej produkcji biodiesla z rzepaku ozimego. Z badań wynika, Ŝe najbardziej optymalną pod względem efektywności ekonomicznej i energetycznej jest technologia produkcji rzepaku ozimego, w której wykonuje się uprawki poŜniwne i siew, wprowadzając uproszczenia w uprawie roli.
S ł o w a k l u c z o w e : rzepak ozimy, uprawa, ocena ekonomiczna, ocena energetyczna, biopaliwo WSTĘP
Przetwarzanie biomasy na energię ma liczne zalety do których zaliczyć moŜemy ograniczenie emisji związków toksycznych, redukcję efektu cieplarnianego, bio-degradowalność. Zaletą tego typu paliwa jest jego odnawialność równieŜ moŜliwość zachowania ciągłości jego produkcji. Produkcja biopaliw moŜe być elementem poprawiającym sytuację na rynku pracy, czyli umoŜliwia tworzenie nowych miejsc pracy. O koszcie wytwarzania biopaliw ciekłych decyduje w przewaŜającej części cena surowca, która to z kolei w głównej mierze zaleŜy od stosowanych technologii oraz systemów dotacji dla rolnictwa. WaŜnym elementem oceny produkcji biopaliw, obok kosztów jest rachunek efektywności energetycznej. Z rachunku tego wynika, jak wielkie trzeba ponieść nakłady energetyczne, aby uzyskać jednostkę energii w biopaliwach. Zaletą rachunku energetycznego jest jego niezaleŜność od relacji cen, co umoŜliwia porównywanie uzyskiwanych wyników. Celem badań było przeprowadzenie ekonomicznej i energetycznej oceny róŜnych technologii produkcji rzepaku ozimego oraz obliczenie efektywności energetycznej produkcji biodiesla z rzepaku ozimego.
METODYKA I WARUNKI BADAŃ
Badania przeprowadzono w gospodarstwach rolnych województwa zachodnio-pomorskiego na glebie IIIa i IVa klasy bonitacyjnej. Koszty ponoszone w bada-nych technologiach składały się z kosztów eksploatacji zastosowabada-nych narzędzi i ciągników, kosztów robocizny oraz materiałów. Jednostkowy koszt eksploatacji agregatu obliczony był zgodnie z metodyką IBMER [3]. Całkowite koszty badanych technologii obliczono z zaleŜności (1):
∑
∑
∑
∑
+
+
+
=
K
matK
agrK
palK
rK
tech(zł
⋅ha-1)(1)
gdzie: K tech − koszty badanej technologii, (zł⋅ha
-1
),
∑
K
mat − suma kosztów wykorzystanych materiałów, (zł⋅ha-1),∑
K
agr − suma kosztów wykorzystanych agregatów, (zł⋅ha-1),∑
K
agr − suma kosztów zuŜytego paliwa, (zł⋅ha-1
),
∑
K
r − suma kosztów pracy ludzkiej, (zł⋅ha-1).Do analizy nakładów energetycznych ponoszonych na produkcję rzepaku ozi-mego zastosowano metodę obliczeń opracowaną przez IBMER [1,2]. Dodatkowo w załoŜeniach uwzględniono najnowsze wskaźniki energochłonności jednostkowej [5]. Wskaźniki energetyczne dotyczące procesów technologicznych przetwarzania ziemiopłodów na biopaliwa zaczerpnięto z literatury zagranicznej [4]. W przepro-wadzonych badaniach technologie róŜniły się sposobem przygotowania roli do siewu i zastosowanym siewnikiem. Energochłonność skumulowaną dla badanych technologii obliczono z zaleŜności (2):
∑
∑
∑
∑
+
+
+
=
mat agr pal rtech
E
E
E
E
E
(MJ⋅ha-1) (2)gdzie:
E
tech− energochłonność badanej technologii, (MJ⋅ha-1), ∑Emat− sumaenergochłonności stosowanych materiałów i surowców, (MJ⋅ha-1), ∑Eagr− suma
energochłonności wykorzystanych agregatów, (MJ⋅ha-1),
∑
Epal− sumaenergo-chłonności zuŜytego paliwa, (MJ⋅ha-1),
∑
Er− suma energochłonności pracyludzkiej, (MJ⋅ha-1).
Natomiast wskaźniki energetyczne dotyczące procesów technologicznych związanych z przetwarzaniem ziemiopłodów na biopaliwa zaczerpnięto z litera-tury zagranicznej [4], a wartości wskaźników efektywności energetycznej, dla badanych technologii obliczono z zaleŜności (3):
∑
∑
= prz prod ee W W W (3)gdzie:
W
ee− wskaźnik efektywności energetycznej badanej technologii,∑
Wprod− energochłonność wykorzystana do produkcji oraz przetworzenia uzyskanego plonu, (MJ⋅ha-1),∑
Wprz− energochłonność odzyskana w postaci biopaliwa ibio-masy badanych technologii, (MJ⋅ha-1).
Technologia T-1 była technologią konwencjonalną (tradycyjną), w której wykorzy-stywane są agregaty drogie, o duŜej wydajności. W technologii przygotowania gleby pod zasiew i w technologii siewu stosuje się agregaty:
1. przygotowujące glebę do siewu − zaraz po zbiorze przedplonu wykonuje się uprawki poŜniwne, a następnie − orkę siewną. Przed siewem wykonuje się doprawianie gleby:
a) broną talerzową, o szerokości roboczej 6,3 m, b) pługiem lemieszowym, o szerokości roboczej 2,4 m, c) kompaktorem, o szerokości roboczej 6 m.
2. do siewu rzepaku:
a) zestaw uprawowo-siewny, o szerokości roboczej 4 m.
Technologia T-2 była technologią, w której wykonuje się uprawki poŜniwne, i siew. W technologii przygotowania gleby pod zasiew i w technologii siewu stosuje się agregaty:
1. przygotowujące glebę do siewu − zaraz po zbiorze przedplonu wykonuje się bronowanie, a następnie przed siewem − kultywatorowanie:
a) broną talerzową, o szerokości 6,3 m,
b) kultywatorem podorywkowym, o szerokości roboczej 6 m, 2. do siewu rzepaku:
a) zestaw uprawowo-siewny, o szerokości roboczej 4 m.
Technologia T-3 była technologią siewu bezpośredniego, w której rezygnuje się z przygotowania gleby, a siew wykonuje się bezpośrednio w ściernisko:
siewnikiem do siewu bezpośredniego, o szerokości roboczej 6 m.
NawoŜenie wykonano czterokrotnie rozsiewaczem N 046 (we wszystkich technologiach wykonano takie samo nawoŜenie NPK), siew siewnikiem Rau Kombisem typu KRJ (technologie T-1, T-2) i siewnikiem John Deere 750 A (technologia T-3), natomiast czterokrotną ochronę przeprowadzono za pomocą opryskiwacza Krukowiak, a do jednoetapowego zbioru wykorzystano kombajn John Deere 2266.
WYNIKI I DYSKUSJA
Analizując całkowite koszty produkcji rzepaku ozimego w technologiach T-1, T-2 i T-3 moŜna stwierdzić, Ŝe najniŜsze koszty produkcji, w przeliczeniu na jeden hektar, uzyskano w technologii T-3 (1671,8 zł⋅ha-1), a najwyŜsze w techno-logii tradycyjnej T-1, gdzie koszty wyniosły 1871,1 zł⋅ha-1 (tab. 1). Jednak w prze-liczeniu na jednostkę masy uzyskanego plonu, to najwięcej kosztowało wyprodu-kowanie jednej tony rzepaku w technologii T-3 (633,3 zł⋅t-1), natomiast w technologii T-1 nastąpiło obniŜenie kosztów o 55,8 zł⋅t-1 (spadek o 8,8%), a w technologii T-2 o 165,4 zł⋅t-1 (spadek o 26,1%).
Tabela 1. Koszty produkcji rzepaku ozimego w badanych technologiach Table 1. Costs of winter rape production in the technologies studied
Badane technologie Technologies studied
T-1 T-2 T-3
Wyszczególnienie – Specification
zł⋅ha-1 Koszty eksploatacji maszyn bez paliwa i pracy ludzkiej
Machine operating costs without fuel and labour 678,6 625,9 516,3
Koszt paliwa
Fuel costs 194,0 171,5 85,9
Praca ludzka
Labour costs 30,1 21,5 11,2
Materiały i surowce
Materials and raw materials 968,4 968,4 1058,4
Razem
Total 1871,1 1787,3 1671,8
Koszt wyprodukowania (zł⋅⋅⋅⋅t-1)
Costs of production (PLN/ton) 577,5 467,9 633,3 Efektywność ekonomiczna
Economic efficiency 1,47 1,82 1,34
RóŜnice te związane były z uzyskiwanymi plonami. W strukturze kosztów produkcji największy udział miały koszty materiałów i surowców, koszty eksploatacji maszyn i narzędzi, koszty paliwa oraz koszty pracy ludzkiej. W badanych technolo-giach koszty materiałów i surowców wyniosły 968,4 zł⋅ha-1 tj. 50,7%, co stanowi 51,8% całkowitych kosztów produkcji w przypadku technologii T-1, 54,2% dla tech-nologii T-2 i 63,3% w przypadku techtech-nologii T-3 (rys. 1). Znaczącą pozycją jest teŜ koszt eksploatacji maszyn i narzędzi, który wyniósł 678,6 zł⋅ha-1 (36,3%) w przy-padku technologii T-1, 625,9 zł⋅ha-1 (35%) w technologii T-2, a w T-3 516,3 zł⋅ha-1 (30,9%).
10,4 1,6 36,3 51,8 54,2 35,0 1,2 9,6 63,3 30,9 5,1 0,7 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 Koszt materiałów Material costs Koszt eksploatacji maszyn Operating costs, machines Koszt paliwa Fuel costs
Koszt pracy ludzkiej Labour costs
Procentowy udział w kosztach produkcji [%] Percentage share in costs of production [%]
T-1 T-2 T-3
Rys. 1. Struktura kosztów produkcji rzepaku ozimego w badanych technologiach Fig. 1. Structure of winter rape production costs in the technologies studied
Rozpatrując natomiast koszty eksploatacji maszyn i narzędzi w poszczegól-nych zabiegach moŜna stwierdzić, Ŝe w produkcji rzepaku ozimego w technologii T-1 najwyŜsze koszty związane były z uprawą roli (41,3%) oraz zbiorem (28,7%), a w technologii T-2 najwyŜsze koszty wystąpiły przy zbiorze (39,2%) i uprawie roli (23,4 %). Natomiast w technologii T-3 najwyŜsze koszty wystąpiły przy kom-bajnowym zbiorze rzepaku (44,2%) i siewie (37,2%). Współczynnik efektyw-ności ekonomicznej w analizowanych technologiach wyniósł − 1,47 dla technologii T-1, 1,82 dla technologii T-2 i 1,34 dla technologii T-3.
Z analizy energochłonności skumulowanej ocenianych technologii produkcji rzepaku ozimego moŜna stwierdzić, Ŝe najwyŜszą energochłonnością skumulowaną charakteryzowała się technologia T-1 i jej wartość wyniosła 21959 MJ⋅ha-1. Była ona wyŜsza o 210,3 MJ⋅ha-1 (o 1%) od energochłonności produkcji w technologii T-2, w której energochłonność wyniosła 21749 MJ⋅ha-1 i o 2446 MJ⋅ha-1 (11,2%) w sto-sunku do technologii siewu bezpośredniego T-3. W strukturze energochłonności skumulowanej największym, udziałem charakteryzowały się materiały i surowce, a najmniejszym praca ludzka (tab. 2). W badanych technologiach produkcji rzepaku ozimego energochłonność skumulowana materiałów i surowców wahała się od 77,1% (technologia T-1) do 87,1% w przypadku technologii T-3 całkowitej energo-chłonności skumulowanej (rys. 2).
77,0 5,8 1,5 15,7 5,0 15,9 1,4 77,7 3,1 8,9 1,0 87,1 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 Maszyny i narzędzia
Machines end tools Paliwo Fuel Praca ludzka Labour Materiały i surowce Materials and raw
materials
Udział energochłonności skumulowana [%] Cumulated share in energy requirements [%]
T-1 T-2 T-3
Rys. 2. Struktura energochłonności produkcji rzepaku ozimego w badanych technologiach Fig. 2. Structure of energy requirements of winter rape production in the technologies studied
Rozpatrując natomiast energochłonność skumulowaną maszyn i narzędzi wy-korzystanych w badanych technologiach moŜna stwierdzić, Ŝe największą energo-chłonnością skumulowaną charakteryzowała się uprawa roli i kombajnowy zbiór rzepaku (technologia T-1 i T-2), natomiast w technologii T-3 zbiór i siew nasion. W technologii T-1 uprawa roli wyniosła 40,6%, a kombajnowy zbiór 29,1% energochłonności skumulowanej uŜytych maszyn i narzędzi, natomiast w techno-logii T-2 odpowiednio 24,8% i 39,7%. Natomiast w technotechno-logii T-3 kombajnowy zbiór wyniósł 51,1%, a siew 17,3% całkowitej energochłonności skumulowanej maszyn i narzędzi. Współczynnik efektywności energetycznej w analizowanych technologiach wyniósł − 1,77 dla technologii T-1, 2,11 dla technologii T-2 i 1,62 dla technologii T-3 (tab. 2).
W analizowanych technologiach produkcji rzepaku ozimego i przetworzeniu jego plonu na biodiesel energochłonność skumulowana wahała się od 30597 MJ⋅ha-1 w technologii T-3 do 37900 MJ⋅ha-1 w technologii T-2, natomiast udział energo-chłonności w przetworzeniu plonu rzepaku ozimego na biodiesel wyniósł 13699 MJ⋅ha-1 (38,4%) w technologii T-1, 16151 MJ⋅ha-1 (42,6%) w technologii T-2 i 11162 MJ⋅ha-1 (36,5%) dla technologii T-3.
Przeliczając uzyskane produkty na jednostkę energii moŜna stwierdzić, Ŝe uzysk energii netto (bez uwzględniania wartości energetycznej słomy) w przypadku produkcji biodiesla, w badanych technologiach, jest dodatni. Wynosi on + 9734 MJ⋅ha-1
Tabela 2. Energochłonność skumulowana produkcji rzepaku ozimego Table 2. Cumulated energy requirements of winter rape production
Badane technologie – Technologies studied
T-1 T-2 T-3
MJ⋅ha-1 Energochłonność
Cumulative energy Maszyny i narzędzia
Machines end tools 1 279 1 088 603
Paliwo – Fuel 3 451 3 456 1733
Praca ludzka – Labour 320 295 190
Materiały i surowce
Materials and raw materials 16 909 16 909 16987
Razem – Total 21 959 21 749 19 513
Efektywność energetyczna
Energy yield efficiency 1,77 2,11 1,62
Tabela 3. Bilans energetyczny produkcji i przetworzenia plonu rzepaku ozimego na biodiesel w badanych technologiach
Table 3. Energy balance of winter rape production and processing for bio-diesel fuel in the technologies studied
Badane technologie Technologies studied Wyszczególnienie – Specification Jednostka
Unit of measure
T-1 T-2 T-3
Nakłady na produkcję – Outlays for production MJ⋅ha-1 21959 21749 19435 Przetworzenie plonu na biopaliwo
Processing of rape crop into bio-fuel MJ⋅ha 13699 16151 11162
Razem – Total MJ⋅ha 35658 37900 30597
Uzyskany biodiesel – Bio-diesel obtained MJ⋅ha 1199 1413 977
Wartość energetyczna – Energy value MJ⋅ha 43157 50882 35165
Śruta poekstraktowa – Energy gain, net MJ⋅ha 1036 1218 842
Razem – Total MJ⋅ha 45392 53514 36984
Uzysk energii netto – Post-extraction meal MJ⋅ha 9734 15615 6387
Wskaźnik efektywności
Index of efficiency – 1,27 1,41 1,21
Wartość energetyczna słomy
Energy value of straw MJ⋅ha
-1
w technologii T-1, +15615 MJ⋅ha , natomiast w technologii T-3 +6387 MJ⋅ha , co oznacza, Ŝe mniejsze nakłady poniesiono na jego wyprodukowanie niŜ odzyskano w wyprodukowanym paliwie (tab. 3). Wykorzystując dodatkowo słomę do celów grzewczych poprawiono uzysk energii o 449% w technologii T-1, 230% w przy-padku technologii T-2, a w technologii T-3 nawet o 568%.
W podsumowaniu moŜna stwierdzić, Ŝe najwyŜszy wskaźnik efektywności energetycznej uzyskano przy produkcji biodiesla w technologii T-2 (1,41 bez uwz-ględnienia wartości energetycznej słomy), a najniŜszy w przypadku technologii T-1 (1,27 bez uwzględnienia wartości energetycznej słomy). Wykorzystując nato-miast energetycznie słomę uzyskano wzrost wskaźnika efektywności energetycznej. W tym przypadku dla badanych technologii wskaźnik ten wyniósł: w technologii T-1 2,47 (wzrost o 94,5%), w technologii T-2 2,74 (wzrost o 94,3%), natomiast w technologii T-3 2,34 (wzrost o 94,4%).
WNIOSKI
1. Z badanych technologii produkcji rzepaku ozimego najbardziej efektywną pod względem efektywności ekonomicznej i energetycznej okazała się technologia T-2 wprowadzająca uproszczenia w uprawie roli.
2. Efektywność ekonomiczna produkcji rzepaku ozimego wahała się od 1,82 (technologia T-2) do 1,34 (technologia T-3).
3. Energochłonność skumulowana produkcji rzepaku wyniosła 21959 MJ⋅ha-1 dla technologii T-1, 21749 MJ⋅ha-1 dla technologii T-2 i 19435 MJ⋅ha-1 w technologii T-3.
4. NajwyŜszy wskaźnik efektywności energetycznej uzyskano przypadku tech-nologii bezorkowej T-2 (1,41). Wykorzystując, dodatkowo do celów energetycznych słomę, uzyskujemy wzrost tego wskaźnika prawie o sto procent (2,74).
PIŚMIENNICTWO
1. Anuszewski R., Pawlak J., Wójcicki Z.: Energochłonność produkcji rolniczej. Metodyka badań energochłonności produkcji surowców Ŝywnościowych. Wyd. IBMER Warszawa, symbol dok. C XXXVIII/717, 1979.
2. Kowalski i zespół.: Postęp naukowo-techniczny a racjonalna gospodarka energią w produkcji rolniczej. Wyd. PTIR Kraków, 2002.
3. Muzalewski A.: Koszty eksploatacji maszyn. Wyd. IBMER, Warszawa, 2002.
4. Richards I.R.: Energy balances in the growth of oilseed rape for biodiesel and of wheat for bioethanol. Levington Agriculture Report, British Association for Bio Fuels and Oils, 2000. 5. Wójcicki Z.: WyposaŜenie i nakłady materiałowo energetyczne w rozwojowych gospodarstwach
ECONOMIC AND ENERGY YIELD COMPARISON OF VARIOUS TECHNOLOIGIES FOR THE PRODUCTION OF RAPE
FOR BIO-DIESEL FUEL
Tomasz Dobek
Institute of Agricultural Machinery Operation, University of Agriculture ul. PapieŜa Pawła VI/3, 71-459 Szczecin
e-mail:tdobek@agro.ar.szczecin.pl
A b s t r a c t . The paper presents an evaluation of various technologies for the production of winter rape in the economic and energy yield aspects, as well as a calculation of the energy yield efficiency of the production of bio-diesel fuel from winter rape. The study shows that the most effective, in terms of economic and energy yield efficiency, is the production of winter rape in which post-harvest tillage and sowing are performed, introducing simplification of soil tillage.
